2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 專題2 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 第4單元 太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用學(xué)案 蘇教版必修2.doc

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第四單元　太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解太陽能、生物質(zhì)能和氫能利用的現(xiàn)狀。(重點(diǎn))2.了解開發(fā)利用太陽能的廣闊前景和尚未攻克的技術(shù)難題。3.認(rèn)識(shí)開發(fā)、利用高能、清潔能源的重要性和迫切性。 [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] 一、太陽能的利用 實(shí)例 能量轉(zhuǎn)化方式 直接利用 光合作用 光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 太陽能熱水器 光能轉(zhuǎn)化為熱能 太陽能電池 光能轉(zhuǎn)化為電能 光解水制氫氣 光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 間接利用 化石燃料 太陽能間接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 水力發(fā)電 太陽能間接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和電能 綠色植物體內(nèi)的葉綠素葡萄糖淀粉或纖維素，把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，化學(xué)方程式為6H2O＋6CO2C6H12O6＋6O2；淀粉、纖維素在動(dòng)物體內(nèi)水解為葡萄糖，繼而被氧化生成CO2和H2O，釋放出熱量，供給生命活動(dòng)的需要。該過程的反應(yīng)為(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6，C6H12O6(s)＋6O2(g)―→6H2O(l)＋6CO2(g)　ΔH＝－2 804 kJmol－1。 二、生物質(zhì)能的利用 1．來源 生物質(zhì)能來源于植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量。生物質(zhì)包括農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市與工業(yè)有機(jī)廢棄物、動(dòng)物糞便等。 2．利用方式 (1)直接燃燒 若用纖維素代表植物枝葉的主要成分，則其燃燒的化學(xué)方程式為(C6H10O5)n＋6nO26nCO2＋5nH2O。 (2)生物化學(xué)轉(zhuǎn)換 ①制沼氣 a．沼氣的成分：主要是甲烷，還含有CO2及少量H2S、NH3、PH3等。 b．應(yīng)用：制氣體燃料和優(yōu)質(zhì)肥料。 ②制乙醇 含糖類、淀粉較多的農(nóng)作物為原料，在催化劑存在下，經(jīng)水解和細(xì)菌發(fā)酵，可以制得乙醇，反應(yīng)方程式為 (C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6， C6H12O62C2H5OH＋2CO2↑。 (3)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換 使生物質(zhì)在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生熱值較高的可燃?xì)怏w。 三、氫能的開發(fā)與利用 1．氫能的優(yōu)點(diǎn) (1)完全燃燒放出的熱量多。 (2)原料是水，來源廣。 (3)燃燒產(chǎn)物是水，無污染。 2．氫能產(chǎn)生與利用的途徑 3．氫能的開發(fā)與利用 (1)在光分解催化劑存在下，在特定的裝置中，利用太陽能分解水制氫氣。 (2)利用藍(lán)綠藻等低等植物和微生物在陽光作用下使水分解產(chǎn)生氫氣。 (3)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用貯氫合金，解決氫氣的貯存和運(yùn)輸問題。 [基礎(chǔ)自測(cè)] 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“”) (1)用淀粉為原料制備乙醇屬于太陽能的直接利用。(　　) (2)氫能、太陽能均為無污染的綠色能源。(　　) (3)開發(fā)新能源，減少化石燃料的使用對(duì)解決環(huán)境問題有益。(　　) 【答案】　(1)　(2)√　(3)√ 2．下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)換的說法不正確的是(　　) A．煤燃燒是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的過程 B．化石燃料和植物燃料燃燒時(shí)放出的能量均來源于太陽能 C．動(dòng)物體內(nèi)葡萄糖被氧化成CO2是熱能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程 D．植物通過光合作用將CO2轉(zhuǎn)化為葡萄糖是太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程 C　[葡萄糖在體內(nèi)被氧化成CO2是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能的過程，故錯(cuò)誤，選項(xiàng)C不正確。 ] 3．生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源。下列有關(guān)說法不正確的是(　　) A．農(nóng)村通過雜草和動(dòng)物的糞便發(fā)酵制沼氣，沼氣的主要成分是甲烷 B．全國推廣使用的乙醇汽油中的乙醇可由富含淀粉的谷物發(fā)酵產(chǎn)生 C．為減小對(duì)化石燃料的依賴，可在農(nóng)村大量燃燒秸稈 D．開發(fā)生物質(zhì)能有利于環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展 C　[大量燃燒秸稈，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染，浪費(fèi)生物質(zhì)能。] [合 作 探 究攻 重 難] 新能源的開發(fā)利用 [背景材料] 下圖歸納了氫能的產(chǎn)生和利用途徑，分析下圖，回答有關(guān)問題。 [思考交流] (1)氫能是最好的新型能源之一，氫能有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？ 【提示】　熱值高，來源廣，無污染。 (2)氫能是一種理想的、極有前途的二次能源，它被人們視為理想的“綠色能源”?，F(xiàn)在有幾種生產(chǎn)氫能的方式，這些方式有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？ 【提示】　目前人類制取氫氣的方法及優(yōu)缺點(diǎn)： ①以天然氣、石油和煤為原料，在高溫下與水蒸氣反應(yīng)或用部分氧化法制氫氣。此法消耗大量不可再生的能源。 ②電解水制氫氣。該方法制備氫氣的條件比較簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境也不會(huì)造成污染，但用該方法來制備氫氣需要消耗大量的電能，生產(chǎn)成本太高。 ③在光分解催化劑存在下，在特定的裝置中，利用太陽能分解水制氫氣。 (3)常見的綠色能源有哪些？ 【提示】　水能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮?、氫能、太陽能等? 1．能量之間的轉(zhuǎn)化 2．新能源的開發(fā) (1)調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，降低燃煤在能源結(jié)構(gòu)中的比率，節(jié)約油氣資源，加強(qiáng)科技投入，加快開發(fā)水電、核電和新能源。 (2)新能源包括太陽能、燃料電池、風(fēng)能和氫能等。這些新能源的特點(diǎn)是資源豐富，且有些可以再生，為可再生能源，對(duì)環(huán)境沒有污染或污染少。 [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 題組1　能源的分類與能量轉(zhuǎn)化 1．未來新能源的特點(diǎn)是資源豐富，在使用時(shí)對(duì)環(huán)境無污染或污染很小，且可以再生。下列能源符合未來新能源標(biāo)準(zhǔn)的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：13572095】 ①天然氣；②煤；③核能；④石油；⑤太陽能；⑥生物質(zhì)能；⑦風(fēng)能；⑧氫能 A．①②③④　　B．⑤⑥⑦⑧ C．③⑤⑥⑦⑧ D．③④⑤⑥⑦⑧ B　[天然氣、煤、石油屬于常規(guī)能源且不可再生，核能使用時(shí)對(duì)環(huán)境有污染，它們均不符合未來新能源的標(biāo)準(zhǔn)，太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、氫能符合未來新能源的標(biāo)準(zhǔn)。] 2．下列給出的能源中，不能作為新能源的是(　　) A．太陽能 B．無煙煤 C．燃料電池 D．氫能 B　[煤屬于礦物燃料，會(huì)嚴(yán)重污染空氣。太陽能、燃料電池、氫能均為有發(fā)展前景的新能源。] 題組2　能源的開發(fā)利用 3．氫能是一種理想的“綠色能源”，以下有關(guān)氫能開發(fā)的方式中最理想的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：13572096】 A．大量建設(shè)水電站，用電力分解制取氫氣 B．利用化石燃料燃燒放熱，高溫分解水產(chǎn)生氫氣 C．在催化劑作用下，利用太陽能分解水 D．利用鐵等金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣 C　[A項(xiàng)，消耗大量的電能，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，產(chǎn)生大量污染物，且造成能量的浪費(fèi)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，太陽能無污染，且取之不竭用之不盡，正確；D項(xiàng)，消耗大量的金屬，錯(cuò)誤。] 4．下列關(guān)于能源利用的說法中正確的是(　　) A．貯氫材料在使用中，氫分子被吸收時(shí)，在合金表面解離變成氫原子，同時(shí)放出熱量 B．對(duì)城市廢棄物進(jìn)行處理后焚燒，利用產(chǎn)生的熱能供暖和發(fā)電 C．使用化石燃料不會(huì)帶來環(huán)境污染問題 D．將氫氣作為燃料使用的優(yōu)點(diǎn)之一是成本低 B　[貯氫材料與氫分子生成了金屬氫化物，在這一過程中，氫分子變成原子的過程是化學(xué)鍵斷裂的過程，屬于吸熱過程，A項(xiàng)錯(cuò)誤；發(fā)達(dá)國家對(duì)城市廢棄物的處理方式主要是焚燒，利用產(chǎn)生的熱能供暖和發(fā)電，B項(xiàng)正確；化石燃料在使用過程中往往會(huì)造成一定的環(huán)境污染問題，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氫氣的主要來源是水，由水制得氫氣的成本較高，D項(xiàng)錯(cuò)誤。] 5．近年來某市政府率先在公交車和出租車中推行用天然氣代替汽油作燃料的改革，取得了顯著進(jìn)展。走上街頭你會(huì)發(fā)現(xiàn)不少公交車和出租車上有“CNG”的標(biāo)志，代表它們是以天然氣作為燃料的汽車。 (1)天然氣是植物殘?bào)w在隔絕空氣的條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而生成的，因此天然氣中所貯藏的化學(xué)能最終來自于________。 (2)天然氣的主要成分是________。 (3)天然氣的主要成分是一種很好的燃料。已知4 g該主要成分完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)水時(shí)放出222.5 kJ的熱量，則上述成分燃燒的熱化學(xué)方程式為___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 【解析】　化石燃料所貯藏的化學(xué)能最終都是來自于太陽能。 【答案】　(1)太陽能　(2)CH4　(3)CH4(g)＋2O2(g)===2H2O(l)＋CO2(g)　ΔH＝－890 kJmol－1